Conserva della primitiva costruzione romanica (sec. XI-XII) i due campanili absidali, e fu rinnovata a più riprese a partire dal sec. XV. La facciata racchiude un bel prospetto architettonico, scultoreo e pittorico del 1526. Nell'interno gotico: alcune vetrate quattrocentesche; il pavimento musivo del presbiterio (sec. XII-XIII), il coro* ligneo gotico (1469 circa); il monumento sepolcrale del conte Tommaso II di Savoia (sec. XIV-XV), nell'abside. Nelle arcate riaperte del giro dell'abside, ove sono visibili sotto un cristallo anche resti di una delle cinque absidi romaniche, è sistemato il Museo del Tesoro comprendente parti architettoniche e opere d'arte della Cattedrale e di altra provenienza, fra le quali un dittico eburneo con l'imperatore Onorio (406), reliquiari (reliquiario in argento di S. Grato, sec. XV), un paliotto ligneo quattrocentesco con 20 formelle intagliate, il Crocifisso trecentesco già sotto l'arco di Augusto, sculture in pietra e legno, oreficerie, cristalli, smalti ecc. Dalla navata sinistra si accede al chiostro* del 1460.